본 논문에서는 직류전동기의 속도 및 전류제어를 위하여 dSPACE 시스템을 이용하여 전류 궤환을 갖는 속도 제어시스템을 구현하였다. 속도 및 전류제어기의 설계는 MATLAB/SIMULINK 프로그램을 사용하여 간편하고 손쉽게 구현하였으며 직류전동기 속도제어의 안정성과 응답성을 향상시킬 수 있었다. 직류전동기의 전류제어 및 속도제어는 DSP 보드와 dSPCE 시스템을 사용하여 수행하였으며, 속도의 궤환은 속도센서인 엔코더 펄스를 이용해서 QEP로 처리하였고 전류의 궤환은 전류센서인 홀센서를 통해서 A/D 변환기로 처리하였다. 제어기들은 각각 PI 속도제어기 및 PI 전류제어기를 설계하였고 시뮬레이션과 실험을 통해서 속도 및 전류 응답을 확인하였다.
본 논문에서는 직류전동기의 속도 및 전류제어를 위하여 dSPACE 시스템을 이용하여 전류 궤환을 갖는 속도 제어시스템을 구현하였다. 속도 및 전류제어기의 설계는 MATLAB/SIMULINK 프로그램을 사용하여 간편하고 손쉽게 구현하였으며 직류전동기 속도제어의 안정성과 응답성을 향상시킬 수 있었다. 직류전동기의 전류제어 및 속도제어는 DSP 보드와 dSPCE 시스템을 사용하여 수행하였으며, 속도의 궤환은 속도센서인 엔코더 펄스를 이용해서 QEP로 처리하였고 전류의 궤환은 전류센서인 홀센서를 통해서 A/D 변환기로 처리하였다. 제어기들은 각각 PI 속도제어기 및 PI 전류제어기를 설계하였고 시뮬레이션과 실험을 통해서 속도 및 전류 응답을 확인하였다.
직류전동기는 속도제어가 간단하고, 출력 토크특성이 우수한 장점으로 윈치나 카고 펌프 모터 등으로 선박에서 많이 사용되었으며, 전기추진선박이 도입된 초기에는 선박용 추진전동기로도 적용되었다. 하지만 브러시와 정류기와 같은 기계적 정류장치의 단점으로 인해 최근에는 직류전동기와 전기적인 특성은 매우 유사하지만 기계적인 정류장치를 설치하지 않고 반도체 소자를 이용한 전자적인 정류장치를 사용하는 브러시리스 직류전동기의 사용이 증가하고 있다. 기존의 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 인버터 시스템은 2상여자방식을 사용하므로 역기전력파형이 사다리꼴모양으로 되며, 이로인해 전류가 흐르는 권선이 바뀌는 상전류 전환 구간에서 고조파와 토크리플이 발생하게 된다. 이러한 고조파와 토크리플을 저감하기 위한 다양한 방안이 연구되어 발표되었으며, 본 연구에서는 전력분석프로그램을 이용하여 브러시리스 직류전동기의 구동회로에 비례적분 속도전류제어기 알고리즘을 구현한 Cascaded H-Bridge 멀티레벨 인버터를 적용하였다. 모델링한 브러시리스 직류전동기의 시뮬레이션을 통해 제안하는 전동기의 구동방식을 적용하는 경우에 기존의 구동방식에 비해 전동기 입력측 전압파형 개선과 고조파 및 토크리플이 현저히 저감되는 결과를 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 운전중인 직류전동기의 브러시를 임의로 회전하여 브러시와 정류자편에 불꽃을 발생시켰을 때, 초음파센서와 AE센서를 이용하여 각각의 기계적 노이즈 신호를 검출하였으며, 이를 주파수 스펙트럼으로 분석하였다. 또한 직류전동기의 브러시가 중성축에 정상적으로 위치하여 운전하고 있을 때, 초음파센서와 AE센서를 이용하여 각각의 자기적 노이즈 신호를 검출하였으며, 이를 주파수 스펙트럼으로 분석하였다. 그리고 직류전동기의 브러시를 임의로 회전한 경우의 기계적 노이즈 신호 및 브러시가 중성축에 위치한 경우의 자기적 노이즈 신호를 비교ㆍ분석하였다. 실험 결과, 운전중인 직류전동기의 브러시를 회전방향으로 임의로 회전하여 검출한 초음파의 기계적 노이즈 신호는 브러시가 중성축에 정상적으로 위치하여 검출한 초음파의 자기적 노이즈 신호보다 대략 2.5∼3.0배 증가되었다. 또한 운전중인 직류전동기의 브러시를 회전방향으로 임의로 회전하여 불꽃을 발생시켰을 때, AE의 기계적 노이즈 신호를 검출하여 주파수 스펙트럼으로 분석한 결과 주된 주파수 영역이 대략 1.3[MHz]∼l.5[MHz]인 것으로 나타났다
본 논문에서는 브러시리스 직류 전동기(BLDCM)의 정류과정에서 발생하는 유도성 상 전류의 위상각 제어에 의한 토크 리플의 감소 방법에 대하여 연구한다. 고정자 코일에서 발생하는 유도성 전이 전류에 대한 위상지연의 크기는 전동기의 회전속도에 따라 달라지므로, 속도에 대한 보상각을 결정하고 테이블 처리에 의하여 실시간 제어한다. 실험으로, AVR 8515 마이크로 프로세서를 이용하여 위상지연을 보상하는 회로를 설계하였으며 4극 3상의 브러시리스 직류 전동기에 대하여 전동기의 모든 운전영역에서 토크 리플이 현저하게 감소함을 확인하였다.
산업 자동화의 고정밀도에 따라 직류서보 전동기는 강인제어가 요구되고 있다. 하지만 PID 제어기를 갖는 전동기 제어 시스템이 부하 외란의 영향을 받게되면 제어 시스템의 강인제어는 어렵게 된다. 이에 대한 보완적인 한 방법으로 본 논문에서는 전동기 제어시스템을 위한 PID-신경망 복합형 제어기법을 제시하였다. 신경망 제어기의 출력은 부하 외란 인가시에 발생되는 오차와 오차 변환율에 의해서 결정된다. 신경망 제어기를 이용한 직류서보 전동기의 강인제어는 시abf레이션에 의하여 확인하였다.
본 논문에서는 모델기반의 제어기 설계 프로그램인 National Instruments(NI)사의 System Identification Toolkit과 Control Design Toolkit, Simulation module을 사용하여 기존의 제어기 설계방식 보다 쉽고 편리하게 제어기를 설계할 수 있었다. 직류전동기의 속도 제어시스템을 구현하기 위해서 하드웨어는 NI사에서 제공하는 실시간 제어기(Real-Time Controller:RT) CompactRIO를 사용하였다. 먼저는, 테스트 입력 신호를 전동기에 인가하고 얻은 출력신호를 통해 제어대상 플랜트인 직류전동기 구동시스템의 전달함수를 구할 수 있었다. 다음으로는 원하는 제어응답성능을 갖는 극점, 영점 제어기를 설계한 후, 모의실험을 통해 속도제어응답을 확인할 수 있었고, 실시간프로그램으로 다운로드하여 실제 전동기 구동시스템의 실험을 통해서 설계된 속도제어기의 응답 결과를 모의실험과 비교하여 검증하였다.
본 논문에서는 NEV 구동을 위한 스위치 릴럭턴스 전동기의 설계와 특성해석을 수행하였다. NEV의 구동을 위한 SRM의 설계를 위하여 동급의 직류전동기의 특성 및 사양을 분석하고 성능을 만족하기 위한 전동기 설계를 수행하였다. 설계한 SRM의 특성을 기존의 직류전동기와의 특성 비교를 통하여 그 가능성을 검증 하였다.
전동기의 가변속도제어에 대하여 유도전동기를 중심으로 소개하고 최근에 상당한 주목을 받고 있는 벡터제어 방식에 대하여 간단히 설명하였다. 백터제어방식에 의하여 교류전동기의 속도조정 가능이 실용화되었으며 직류전동기의 속도제어의 경우와 동일한 속응성 및 신뢰성을 얻을 수 있게 되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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